JPH08189831A - Rolling measuring apparatus - Google Patents

Rolling measuring apparatus

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JPH08189831A
JPH08189831A JP1858495A JP1858495A JPH08189831A JP H08189831 A JPH08189831 A JP H08189831A JP 1858495 A JP1858495 A JP 1858495A JP 1858495 A JP1858495 A JP 1858495A JP H08189831 A JPH08189831 A JP H08189831A
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excavator
fiber gyro
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rolling
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司 橋本
Koichi Ito
耕一 伊藤
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Abstract

PURPOSE: To provide a rolling measuring apparatus which can continuously measure a rolling state of an object to be measured without lowering the work efficiently of construction, etc. CONSTITUTION: An optical gyro sensor package is composed of an optical fiber gyro compass 46 to measure the absolute direction of an excavator and a yaw rate sensor 48 to measure the relative direction of the excavator. The measurement of the absolute direction by the optical fiber gyro compass 46 can be carried out when excavation work by the excavator is stopped and the excavator is stopped. The yaw rate sensor 48 can be operated even at the time of excavation by the excavator and can continuously detect the relative direction. Consequently, the absolute direction of the excavator can be measured intermittently by the optical fiber gyro compass 46 and at the same time, independently of the driving state of the excavator, the direction of the excavator can be measured continuously by computing the relative angle alteration from the absolute direction by the yaw rate sensor 48.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、地下連続壁工法に使用
される掘削機等の被測定物のローリング状態を検出する
ローリング測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling measuring device for detecting a rolling condition of an object to be measured such as an excavator used in an underground continuous wall construction method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、大深度地下の連続地中壁の掘削で
は、掘削予定経路に沿って、掘削機が隣接する掘削経路
とその端部が重複するように溝を掘削していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the excavation of a continuous underground wall of deep underground, a groove has been excavated along a planned excavation route such that an end of the excavator overlaps an adjacent excavation route.

【0003】図9には、掘削動作中の掘削機10の一例
が示されている。
FIG. 9 shows an example of the excavator 10 during the excavation operation.

【0004】同図(A),(B),(C)は、その正面
図、側面図、平面図である。
FIGS. 1A, 1B, and 1C are a front view, a side view, and a plan view, respectively.

【0005】このような掘削において、掘削機10はケ
ーブルによってその上面10aを吊持されているため、
図9(A),(B),(C)に示すようピッチングやヨ
ーイングあるいはローリング等が発生する。この中でピ
ッチングやヨーイングについては、掘削機に設けられた
傾斜計で精度よく測定できるが、図9(C)に示す鉛直
軸まわりのローリングについての測定は容易ではなかっ
た。
In such excavation, since the excavator 10 has its upper surface 10a suspended by a cable,
As shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, pitching, yawing, rolling, or the like occurs. Among these, pitching and yawing can be accurately measured with an inclinometer provided in the excavator, but measurement of rolling around the vertical axis shown in FIG. 9C was not easy.

【0006】一般に、掘削位置の土質や岩盤等の影響
で、掘削機は、その全体がローリングするという事態が
発生する可能性が大きい。特に、大深度の掘削を行う場
合にはこのローリングの影響が累積される。一旦このよ
うなローリングが発生すると、掘削された溝自体が歪
む。このため、前回の掘削経路と今回の掘削経路とが良
好に連続せずに蛇行した状態となってしまい、最悪の場
合には掘削機を地上に取り出せなくなったり、連壁作成
用の鉄筋籠を溝内に搬入できないと言う問題が生ずる。
In general, there is a high possibility that the entire excavator will roll due to the soil condition at the excavation position, the bedrock, and the like. Especially, when excavating a large depth, the effect of this rolling is accumulated. Once such rolling occurs, the excavated trench itself is distorted. For this reason, the previous excavation route and the present excavation route did not satisfactorily continue and meandered, and in the worst case, the excavator could not be taken out to the ground, or the rebar cage for making the wall was installed. There is a problem that it cannot be carried into the groove.

【0007】このため従来は、掘削機を、2本のワイヤ
ロープで吊持するとともに、ねじれ角測定のため更に2
本の測定用ワイヤで吊持し、ねじれ角の測定を行ってロ
ーリングを監視していた。すなわち、2本の測定用ワイ
ヤの相対的なねじれ角を測定することにより掘削機自体
のねじれ角を検出していた。
For this reason, conventionally, the excavator is suspended by two wire ropes, and further two are used for measuring the twist angle.
It was suspended by a measuring wire of a book and the twist angle was measured to monitor the rolling. That is, the twist angle of the excavator itself is detected by measuring the relative twist angle of the two measuring wires.

【0008】また、掘削機自体にジャイロコンパスを搭
載したものも提案されており、掘削機全体の方向を直接
検出することによりローリング状態を監視していた。
Further, it has been proposed that the excavator itself has a gyrocompass, and the rolling state is monitored by directly detecting the direction of the entire excavator.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した2本
の測定用ワイヤを用いて掘削機のローリングを検出する
従来方式においては、掘り終わった溝から次の溝へと掘
削機を移動させる度に、2本の測定用ワイヤのそれぞれ
について正確な位置決めを行って基準位置を設定しなけ
ればならず、掘削工事の作業効率が著しく低下するとい
う問題があった。また、掘削機自体に機械式のジャイロ
コンパスを搭載した従来方式においては、掘削時の振動
により破損しやすく、しかも掘削を停止して測定を行う
必要があるため連続測定が不可能であり、作業効率に問
題があった。特に、被測定物である掘削機が振動しない
状態を維持しなければ正確な測定を行うことができず、
しかもその測定に5分〜10分程度要するため、掘削作
業を妨げることなくローリング状態を測定することは困
難であり、特に掘削作業中にリアルタイムでローリング
測定を行うことができず、実用的でなかった。
However, in the conventional method of detecting the rolling of the excavator by using the above-mentioned two measuring wires, the excavator is moved from the groove that has been dug to the next groove. In addition, it is necessary to perform accurate positioning for each of the two measurement wires and set the reference position, which causes a problem that work efficiency of excavation work is significantly reduced. Moreover, in the conventional method in which the mechanical gyrocompass is mounted on the excavator itself, it is easy to be damaged by vibration during excavation, and moreover, it is necessary to stop the excavation and perform measurements, so continuous measurement is impossible. There was a problem with efficiency. In particular, accurate measurement cannot be performed unless the excavator, which is the object to be measured, does not vibrate.
Moreover, it takes about 5 to 10 minutes to measure the rolling state, so it is difficult to measure the rolling state without hindering the excavation work. In particular, the rolling measurement cannot be performed in real time during the excavation work, which is not practical. It was

【0010】なお、光ジャイロを用いる方法も提案され
ているが、この方法では測定誤差が累積されるという欠
点がある。
Although a method using an optical gyro has been proposed, this method has a drawback that measurement errors are accumulated.

【0011】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、工事等の作業効率を低下させ
ることなく、被測定物のローリング状態を連続して測定
することができるローリング測定装置を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to continuously measure the rolling state of an object to be measured without lowering the work efficiency of construction work or the like. It is to provide a rolling measuring device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段及び作用】前記課題を解決
するために、本発明のローリング測定装置は、被測定物
の鉛直軸回りの絶対方位を検出する光ファイバジャイロ
コンパスと、前記被測定物の回転角速度を検出する第1
の光ファイバジャイロと、前記被測定物の鉛直軸回りの
ねじれ角を演算するローリング演算手段と、を備え、前
記光ファイバジャイロコンパスは、被測定物の回転角速
度を検出する第2の光ファイバジャイロと、前記第2の
光ファイバジャイロを回転させるターンテーブルと、を
有し、前記ローリング演算手段は、前記ターンテーブル
を回転させたときに得られる前記第2の光ファイバジャ
イロの出力に基づいて、被測定物に対する絶対方位の演
算を行う絶対方位演算手段と、前記第1の光ファイバジ
ャイロの検出する回転角速度に基づき、被測定物の相対
方位を検出する相対方位演算手段と、前記絶対方位及び
相対方位に基づき、被測定物の鉛直軸回りのねじれ角を
演算するねじれ角演算手段と、を含み、被測定物のロー
リングを測定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the rolling measuring apparatus of the present invention comprises an optical fiber gyro compass for detecting the absolute azimuth of the object to be measured about the vertical axis, and the object to be measured. First to detect the rotational angular velocity of
Optical fiber gyro, and rolling calculation means for calculating a twist angle around the vertical axis of the object to be measured, wherein the optical fiber gyro compass is a second optical fiber gyro that detects a rotational angular velocity of the object to be measured. And a turntable for rotating the second optical fiber gyro, the rolling calculation means based on an output of the second optical fiber gyro obtained when the turntable is rotated, An absolute azimuth calculating means for calculating an absolute azimuth with respect to the object to be measured; a relative azimuth calculating means for detecting a relative azimuth of the object to be measured based on the rotational angular velocity detected by the first optical fiber gyro; And a twist angle calculating means for calculating a twist angle around the vertical axis of the DUT based on the relative azimuth, and measures the rolling of the DUT. And wherein the door.

【0013】ここにおいて、前記第1及び第2の光ファ
イバジャイロは、光ファイバをループ状に形成したセン
シングループ部を有し、このセンシングループ部の回転
角速度を検出するよう形成され、前記ターンテーブル
は、第2の光ファイバジャイロのセンシングループ面を
地面に対してほぼ垂直に保ちながら回転させるよう形成
することが好ましい。
Here, each of the first and second optical fiber gyros has a sensing loop portion in which an optical fiber is formed in a loop shape, and is formed so as to detect a rotational angular velocity of the sensing loop portion. Is preferably formed so as to rotate while keeping the sensing loop surface of the second optical fiber gyro substantially perpendicular to the ground.

【0014】また、前記絶対方位演算手段は、前記被測
定物に対する真北または真南からの角度を絶対方位とし
て検出し、この絶対方位に対する被測定物の向きを基準
方位として演算するよう形成され、前記相対方位演算手
段は、前記基準方位からの回転角を、被測定物の相対方
位として演算するよう形成することが好ましい。
Further, the absolute azimuth calculating means is formed so as to detect an angle from true north or true south with respect to the object to be measured as an absolute azimuth and to calculate an orientation of the object to be measured with respect to the absolute azimuth as a reference azimuth. It is preferable that the relative azimuth calculation means calculates the rotation angle from the reference azimuth as the relative azimuth of the object to be measured.

【0015】また、前記絶対方位演算手段は、前記被測
定物の動きを停止させた状態で前記ターンテーブルを回
転させたときに得られる前記第2の光ファイバジャイロ
の出力に基づいて、被測定物に対する絶対方位の演算を
行うことが好ましい。
Further, the absolute azimuth calculation means is based on the output of the second optical fiber gyro obtained when the turntable is rotated while the movement of the object to be measured is stopped. It is preferable to calculate the absolute orientation of the object.

【0016】また、前記第1及び第2の光ファイバジャ
イロは、同一の光ファイバジャイロとして形成してもよ
い。
Further, the first and second optical fiber gyros may be formed as the same optical fiber gyro.

【0017】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第1の光ファイバジャイロは、連続地中壁掘削用の
掘削機に設置され、前記掘削機のねじれ角を測定するよ
う形成できる。
Further, the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro may be installed in an excavator for continuous underground wall excavation, and may be formed to measure a twist angle of the excavator.

【0018】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第1の光ファイバジャイロは、場所打ち杭工法など
に用いられる地中掘削機に設置され、前記地中掘削機の
ねじれ角を測定するよう形成できる。
Further, the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro are installed in an underground excavator used for a cast-in-place pile construction method or the like, and can be formed so as to measure a twist angle of the underground excavator. .

【0019】また、前記光ファイバジャイロコンパスと
前記第1の光ファイバジャイロは、竪型掘削シールド工
法に用いられる掘削機に設置され、前記掘削機のねじれ
角を測定するよう形成できる。
Further, the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro can be installed in an excavator used in a vertical excavation shield construction method, and formed so as to measure a twist angle of the excavator.

【0020】本発明においては、光ファイバジャイロコ
ンパスによって被測定物の絶対方位を、第1の光ファイ
バジャイロによって被測定物の回転角速度を検出してお
り、これらの各検出結果に基づいて被測定物の鉛直軸回
りのねじれ角を演算している。
In the present invention, the absolute azimuth of the object to be measured is detected by the optical fiber gyro compass and the rotational angular velocity of the object to be measured is detected by the first optical fiber gyro, and the object to be measured is detected based on each of these detection results. The twist angle around the vertical axis of the object is calculated.

【0021】ここにおいて、前記光ファイバジャイロコ
ンパスは、その構造上、絶対方位を検出する際に、被測
定物が動かないように固定する必要がある。これに対
し、光ファイバジャイロは、動いている被測定物の回転
角速度を検出することができる。
Here, because of the structure of the optical fiber gyro compass, it is necessary to fix it so that the object to be measured does not move when detecting the absolute azimuth. On the other hand, the optical fiber gyro can detect the rotational angular velocity of the moving object to be measured.

【0022】このため、本発明では、まず被測定物が停
止しているときに光ファイバジャイロコンパスによって
被測定物に対する絶対方位を検出し、被測定物が動いて
いるときに、第1の光ファイバジャイロによってその回
転角速度を検出し、これらの検出結果に基づいて、被測
定物のねじれ角を演算する。これにより、本発明によれ
ば、被測定物の動作状態にかかわらず常にそのローリン
グを監視することができ、特に、絶対方位検出後は、被
測定物を停止させる必要がないため、ローリング状態
を、他の作業効率の低下をまねくこともなく、連続して
測定することができる。
Therefore, in the present invention, first, the absolute azimuth with respect to the object to be measured is detected by the optical fiber gyrocompass when the object to be measured is stopped, and the first light is detected when the object to be measured is moving. The rotational angular velocity is detected by the fiber gyro, and the twist angle of the measured object is calculated based on these detection results. With this, according to the present invention, the rolling can be constantly monitored regardless of the operating state of the DUT, and in particular, it is not necessary to stop the DUT after the absolute azimuth is detected. It is possible to continuously measure without lowering other work efficiency.

【0023】また、上述した光ファイバジャイロコンパ
スは、第2の光ファイバジャイロと、そのセンシングル
ープ面を垂直に保ちながら回転させるターンテーブルと
を含んで構成することが好ましい。この第2の光ファイ
バジャイロのセンシングループ面を垂直にして回転させ
た場合には、センシングループ面の方向と地球の自転方
向との関係に応じてセンシングループ内を行き来する光
の干渉状態が変化するため、この干渉状態を検出するこ
とにより、絶対方位として真北方向(真南等他の方向で
も同じ)を簡単に知ることができる。
Further, it is preferable that the above-mentioned optical fiber gyro compass includes a second optical fiber gyro and a turntable for rotating the sensing loop surface while keeping the sensing loop surface vertical. When the sensing loop surface of this second fiber optic gyro is rotated vertically, the interference state of light traveling back and forth within the sensing loop changes depending on the relationship between the direction of the sensing loop surface and the rotation direction of the earth. Therefore, by detecting this interference state, the true north direction (same for other directions such as true south) can be easily known as the absolute azimuth.

【0024】また、前記第1及び第2の光ファイバジャ
イロは、必要に応じ同一の光ファイバジャイロとして形
成することもできる。これにより、装置全体の構成を簡
略化することができる。
Further, the first and second optical fiber gyros can be formed as the same optical fiber gyro if necessary. As a result, the configuration of the entire device can be simplified.

【0025】また、上述した光ファイバジャイロコンパ
スおよび第1の光ファイバジャイロは鉛直方向に溝孔を
掘削する掘削機に設置されており、さらに具体的には大
深度連続地中壁掘削用の掘削機、場所打ち杭工法に用い
られる掘削機あるいは竪型掘削シールド工法に用いられ
る掘削機のねじれ角測定に適している。本発明では、こ
のような各種工法に用いられる掘削機のねじれ角を、掘
削作業中にリアルタイムで測定することができる。
The above-mentioned optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro are installed in an excavator that excavates a slot in the vertical direction, and more specifically, excavation for excavating a deep continuous underground wall. It is suitable for measuring the helix angle of an excavator used in a machine, a cast-in-place pile method or an excavator used in a vertical excavation shield method. According to the present invention, the twist angle of an excavator used in such various construction methods can be measured in real time during excavation work.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明のローリング測定装置を適用し
た一実施例について、図面を参照しながら具体的に説明
する。例えば、大深度の連続地中壁の掘削を行う掘削機
にローリング測定装置を取り付けて、掘削機のローリン
グ状態を監視する場合について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment to which the rolling measuring device of the present invention is applied will be specifically described below with reference to the drawings. For example, a case will be described where a rolling measuring device is attached to an excavator that excavates a deep underground wall to monitor the rolling state of the excavator.

【0027】図1は、本発明を適用した一実施例の掘削
システムの全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the overall construction of an excavation system according to an embodiment of the present invention.

【0028】同図に示す掘削システムは、図示しないワ
イヤによって垂直に懸架され地中に鉛直方向の溝孔を掘
削する掘削機10と、掘削機10を溝孔内で安定させる
ために用いられる複数のアジャスタブルガイド12と、
掘削機10の制御を行う掘削機操作盤14とを含んで構
成されている。
The excavation system shown in the same figure is an excavator 10 that is vertically suspended by a wire (not shown) to excavate a vertical slot in the ground, and a plurality of excavators used to stabilize the excavator 10 in the slot. Adjustable guide 12 of
An excavator operation panel 14 that controls the excavator 10 is included.

【0029】オペレータは、前記操作盤14を操作する
ことにより、掘削予定経路に沿って、掘削機を用いた溝
の掘削を行う。
The operator operates the operation panel 14 to perform excavation of a groove using an excavator along a planned excavation route.

【0030】このような地中連続壁の掘削を行う場合に
は、掘削機10の位置および姿勢を正確に検出し、制御
することが必要となる。
When excavating such a continuous underground wall, it is necessary to accurately detect and control the position and orientation of the excavator 10.

【0031】このため本実施例の掘削システムは、掘削
機10のローリング状態(ねじれ角)を検出する光ジャ
イロセンサパッケージ20と、掘削機10の傾斜状態を
検出する傾斜計22と、掘削機10の水平位置および深
度を検出する位置計測センサとして機能するケーブル2
4と、位置検出器26と、XYスライドテーブル28
と、変位計30と、ロータリエンコーダ32と、深度計
34と、上述した各種のセンサによって計測したデー
タ、すなわち掘削機10のねじれ状態,傾斜状態,水平
位置および深度に関するデータを記録するデータレコー
ダ36と、これらのデータに基づいて所定の演算を行っ
て掘削機操作盤14に対して制御指示を送るコンピュー
タ38とを含んで構成されている。
Therefore, in the excavation system of this embodiment, the optical gyro sensor package 20 for detecting the rolling state (twist angle) of the excavator 10, the inclinometer 22 for detecting the inclined state of the excavator 10, and the excavator 10 are provided. 2 that functions as a position measurement sensor that detects the horizontal position and depth of the
4, position detector 26, XY slide table 28
A displacement recorder 30, a rotary encoder 32, a depth meter 34, and a data recorder 36 that records data measured by the various sensors described above, that is, data on the twisted state, the tilted state, the horizontal position, and the depth of the excavator 10. And a computer 38 that performs a predetermined calculation based on these data and sends a control instruction to the excavator operation panel 14.

【0032】光ジャイロセンサパッケージ20は、掘削
機10の鉛直軸回りの絶対的および相対的なねじれ角を
検出するためのものである。この光ジャイロセンサパッ
ケージ20のセンサ出力は、回転計測ケーブル40を介
してデータレコーダ36に入力され、一旦記憶された後
コンピュータ38に入力され、コンピュータ38によっ
て所定の演算を行うことにより掘削機10の絶対的およ
び相対的なねじれ角の計算が行われる。なお、この光ジ
ャイロセンサパッケージ20の詳細構成および動作につ
いては後述する。
The optical gyro sensor package 20 is for detecting absolute and relative twist angles around the vertical axis of the excavator 10. The sensor output of the optical gyro sensor package 20 is input to the data recorder 36 via the rotation measurement cable 40, is temporarily stored in the computer 38, and then is input to the computer 38. Absolute and relative twist angle calculations are performed. The detailed configuration and operation of the optical gyro sensor package 20 will be described later.

【0033】傾斜計22は、掘削機10全体の傾き角を
検出するためのものである。この傾斜計22の出力は傾
斜計測ケーブル42を介してデータレコーダ36に入力
されて記憶される。
The inclinometer 22 is for detecting the inclination angle of the entire excavator 10. The output of the inclinometer 22 is input to the data recorder 36 via the inclination measuring cable 42 and stored therein.

【0034】位置計測センサとして機能するケーブル2
4,位置検出器26,XYスライドテーブル28および
変位計30は、水平面(XY平面)方向における掘削機
10の位置を検出するためのものである。位置計測セン
サ用ケーブル24の傾斜状態を位置検出器26が検出
し、この傾斜方向が鉛直方向になるようにXYスライド
テーブル28を移動させる。そして、このX方向および
Y方向の移動量を変位計30により測定することによ
り、掘削機10の水平方向の変位が求まる。
Cable 2 which functions as a position measuring sensor
4, the position detector 26, the XY slide table 28, and the displacement meter 30 are for detecting the position of the excavator 10 in the horizontal plane (XY plane) direction. The position detector 26 detects the tilted state of the position measuring sensor cable 24, and the XY slide table 28 is moved so that the tilted direction is the vertical direction. Then, the displacement in the horizontal direction of the excavator 10 can be obtained by measuring the amount of movement in the X and Y directions with the displacement meter 30.

【0035】また、ロータリエンコーダ32および深度
計34は、掘削機10の深度(Z軸方向の位置)を求め
るためのものである。ケーブル24を滑車を通して巻き
取る際にこの滑車の回転をロータリエンコーダ32によ
って検出し、深度計34によってこの回転数に基づいて
深度を算出することにより掘削機10の深度を測定す
る。
The rotary encoder 32 and the depth gauge 34 are for determining the depth of the excavator 10 (position in the Z-axis direction). When the cable 24 is wound around the pulley, the rotation of the pulley is detected by the rotary encoder 32, and the depth of the excavator 10 is measured by calculating the depth based on the rotation number by the depth meter 34.

【0036】上述した変位計30および深度計34の各
出力は、ともにデータレコーダ36に入力されて一旦記
憶され、その後コンピュータ38に入力される。
The outputs of the displacement meter 30 and the depth meter 34 described above are both input to the data recorder 36, temporarily stored therein, and then input to the computer 38.

【0037】本実施例の掘削システムはこのような構成
を有しており、各種のデータの入力あるいは演算が行わ
れるコンピュータ38は、掘削機10が目標としている
軌道を逸れた場合には、その旨を図示しないディスプレ
イに表示、あるいは掘削機操作盤14の警報ブザーを鳴
らす等の処理を行う。
The excavation system of this embodiment has such a configuration, and the computer 38 for inputting or calculating various kinds of data is used when the excavator 10 deviates from the target trajectory. The effect is displayed on a display not shown, or processing such as sounding an alarm buzzer on the excavator operation panel 14 is performed.

【0038】図2には、前記光センサパッケージ20の
内部の具体的な構成が示され、図3にはその回路構成が
示されている。
FIG. 2 shows a specific internal structure of the optical sensor package 20, and FIG. 3 shows its circuit structure.

【0039】前記光センサパッケージ20は、その内部
に基台44、ヨーレートセンサ48および光ファイバジ
ャイロコンパス46等が設けられている。そして、この
パッケージ20は、耐水性容器として形成され、図1に
示すように掘削機10の上面に固定されている。
The optical sensor package 20 is provided therein with a base 44, a yaw rate sensor 48, an optical fiber gyro compass 46, and the like. The package 20 is formed as a water resistant container and is fixed to the upper surface of the excavator 10 as shown in FIG.

【0040】図9に示すよう、前記光ファイバジャイロ
コンパス46は、掘削機10の鉛直軸300の回りの絶
対方位を検出し、前記ヨーレートセンサ48は、掘削機
10の鉛直軸300回りの相対方位を検出するよう形成
されている。従って、あらかじめ光ファイバジャイロコ
ンパス46で、掘削機10の絶対方位を検出しておき、
その後ヨーレートセンサ48で、この絶対方位を基準と
した相対方位を検出することにより、掘削機10の鉛直
軸回りのねじれ角を測定することができる。
As shown in FIG. 9, the optical fiber gyro compass 46 detects the absolute orientation of the excavator 10 around the vertical axis 300, and the yaw rate sensor 48 detects the relative orientation of the excavator 10 around the vertical axis 300. Is configured to detect Therefore, the absolute azimuth of the excavator 10 is detected in advance by the optical fiber gyro compass 46,
After that, the yaw rate sensor 48 detects the relative azimuth based on this absolute azimuth, whereby the torsion angle around the vertical axis of the excavator 10 can be measured.

【0041】特に、前記光ファイバジャイロコンパス4
6は、その構造上、掘削機10を静止した状態でなけれ
ばその絶対方位を測定できないが、本発明によれば、こ
の光ファイバジャイロコンパス46に、掘削機10が動
作中でもその相対方向を検出できるヨーレートセンサ4
8を組み合わせることにより、掘削機10の掘削動作中
においても、その鉛直軸回りのねじれ角を連続測定する
ことが可能となる。
In particular, the optical fiber gyro compass 4
Due to its structure, 6 cannot measure its absolute azimuth unless the excavator 10 is stationary. However, according to the present invention, the relative direction of the optical fiber gyro compass 46 is detected even when the excavator 10 is operating. Yaw rate sensor 4
By combining eight, it becomes possible to continuously measure the twist angle around the vertical axis even during the excavation operation of the excavator 10.

【0042】以下にその構成を詳細に説明する。The configuration will be described in detail below.

【0043】実施例において、前記基台44は、掘削機
10に一体的に取り付け固定されている。
In the embodiment, the base 44 is integrally fixed to the excavator 10.

【0044】そして、前記光ファイバジャイロコンパス
46は、この基台44上に矢印200で示す水平方向に
回転自在に取り付け固定されている。ここにおいて、こ
の光ファイバジャイロコンパス46は、基台44上に矢
印200に示す水平方向に回動自在に取り付け固定され
たターンテーブル52と、このターンテーブル52を図
中に矢印200に示す方向へ回転駆動する回転用パルス
モータ50と、このターンテーブル52上に図中に矢印
210で示す垂直方向へ傾動自在に取り付け固定された
固定台54と、この固定台54上に一体的に固定された
光ファイバジャイロ58と、この固定台54上に取り付
けられこの傾き角を検出する傾斜角センサ60と、この
傾斜角センサ60の検出傾斜角が0となるよう固定台5
4を図中に矢印210に示す方向に傾動制御する垂直用
パルスモータ56とを含むよう構成されている。
The optical fiber gyro compass 46 is mounted and fixed on the base 44 so as to be rotatable in the horizontal direction indicated by an arrow 200. Here, the optical fiber gyro compass 46 includes a turntable 52 fixedly mounted on a base 44 so as to be rotatable in the horizontal direction shown by an arrow 200, and the turntable 52 in a direction shown by an arrow 200 in the figure. A rotary pulse motor 50 that is rotationally driven, a fixed base 54 that is fixedly mounted on the turntable 52 so as to be tiltable in the vertical direction shown by arrow 210 in the figure, and fixed integrally on the fixed base 54. The optical fiber gyro 58, the tilt angle sensor 60 mounted on the fixed base 54 and detecting the tilt angle, and the fixed base 5 so that the tilt angle detected by the tilt angle sensor 60 is zero.
4 is configured to include a vertical pulse motor 56 for controlling tilting in the direction indicated by arrow 210 in the figure.

【0045】そして、この光ファイバジャイロコンパス
46は、パルスモータ50を用い、ターンテーブル52
を回転駆動する際、前記光ファイバジャイロ58から出
力される回転角速度信号に基づき、真北方向を絶対方位
として検出し、この真北方向に対する掘削機10の向き
を基準方位として設定する。この光ファイバジャイロコ
ンパス46による絶対方位の測定は、掘削機10による
掘削作業を停止して、掘削機10が止まっている時、例
えば掘削作業開始に先だって、あるいは休息時に行う。
The optical fiber gyro compass 46 uses a pulse motor 50 and a turntable 52.
When rotationally driving, the true north direction is detected as an absolute azimuth based on the rotation angular velocity signal output from the optical fiber gyro 58, and the orientation of the excavator 10 with respect to the true north direction is set as the reference azimuth. The absolute azimuth measurement by the optical fiber gyro compass 46 is performed when the excavation work by the excavator 10 is stopped and the excavator 10 is stopped, for example, before the excavation work is started or at rest.

【0046】また、前記ヨーレートセンサ48は、光フ
ァイバジャイロを用いて構成され、基台44上に取り付
け固定されている。このヨーレートセンサ48を構成す
る光ファイバジャイロは、基台44、すなわち掘削機1
0の鉛直軸回りの回転角速度の検出を行う。この回転角
速度の検出は、前記した真北方向の検出を行う場合のよ
うに、掘削機10を停止させる必要がないため、掘削機
10の運転中においても連続的にその測定を行うことが
できる。
The yaw rate sensor 48 is constructed by using an optical fiber gyro and is fixedly mounted on the base 44. The optical fiber gyro that constitutes the yaw rate sensor 48 is the base 44, that is, the excavator 1
The rotational angular velocity around the vertical axis of 0 is detected. The detection of the rotational angular velocity does not require stopping the excavator 10 as in the case of detecting the true north direction described above, and therefore the measurement can be continuously performed even while the excavator 10 is in operation. .

【0047】次に、前記光ファイバジャイロ58および
ヨーレートセンサ48の具体的な構成を説明する。これ
ら光ファイバジャイロ58、ヨーレートセンサ48は、
図4に示す同一の構成の光ファイバジャイロ100を用
いて構成されている。
Next, the specific configurations of the optical fiber gyro 58 and the yaw rate sensor 48 will be described. These optical fiber gyro 58 and yaw rate sensor 48 are
The optical fiber gyro 100 having the same structure as shown in FIG. 4 is used.

【0048】この光ファイバジャイロ100は、光ファ
イバー112をループ状に巻き回して形成されたセンシ
ングループ部110と位相変調器114と、偏光子11
6と、光カプラ118、122と、光源120と、光検
出器124とを含んで構成されている。
The optical fiber gyro 100 includes a sensing loop portion 110 formed by winding an optical fiber 112 in a loop, a phase modulator 114, and a polarizer 11.
6, optical couplers 118 and 122, a light source 120, and a photodetector 124.

【0049】光ファイバー112は、長尺の光ファイバ
ー(例えば1km)を比較的小径(例えば2.5cm)
に巻いてセンシングループ部110を形成することによ
り、検出感度の向上を図っている。
The optical fiber 112 is a long optical fiber (for example, 1 km) and has a relatively small diameter (for example, 2.5 cm).
By forming the sensing loop portion 110 by winding the wire around, the detection sensitivity is improved.

【0050】このように構成された光ファイバジャイロ
100では、光源120から出力される光を、ループ状
の光路を構成するセンシングループ部110に伝搬させ
ると、この光路自体が回転した際に、右回りの光と左回
りの光との間には伝搬時間差が生じるというサニャク効
果を利用し、回転角速度を検出することができる。この
ような光ファイバジャイロとしては、光干渉型光ファイ
バジャイロや受動型リング共振方式光ファイバジャイロ
など各種のものが知られており、いずれの方式のものを
用いてもよい。このような光ファイバジャイロは、一般
的に機械式ジャイロに比べて可動部分がないため加速度
や振動に強いという利点を有しており、掘削機10の振
動に対しても壊れにくいという効果がある。なお、実施
例では光干渉型光ファイバジャイロを例にとって説明し
ている。
In the optical fiber gyro 100 configured as above, when the light output from the light source 120 is propagated to the sensing loop section 110 which constitutes a loop-shaped optical path, when the optical path itself is rotated, The rotation angular velocity can be detected by utilizing the Sagnac effect that a propagation time difference is generated between the surrounding light and the counterclockwise light. As such an optical fiber gyro, various types such as an optical interference type optical fiber gyro and a passive ring resonance type optical fiber gyro are known, and any type may be used. Such an optical fiber gyro generally has no moving parts as compared with a mechanical gyro, and therefore has an advantage of being strong against acceleration and vibration, and has an effect of being less likely to be damaged by vibration of the excavator 10. . In the embodiment, an optical interference type optical fiber gyro is described as an example.

【0051】そして、例えば光源120を半導体レーザ
ダイオードなどによって構成し、この光源120から照
射された所定周波数のレーザ光を、カプラ118、偏光
子、116、カプラ122を介して前記センシングルー
プ部110に時計回り、反時計回りの光としてそれぞれ
入力する。このように入力された光は、位相変調器11
4で変調され、偏光子116で偏光され、光検出器12
4で検出される。このようにして光検出器124で検出
された2つの光の干渉状態を測定することにより、セン
シングループ部110の回転角速度を算出することがで
きる。
Then, for example, the light source 120 is constituted by a semiconductor laser diode or the like, and the laser light of a predetermined frequency emitted from this light source 120 is passed through the coupler 118, the polarizer 116 and the coupler 122 to the sensing loop section 110. Enter as clockwise and counterclockwise light respectively. The light thus input is transmitted through the phase modulator 11
4 and polarized by the polarizer 116, the photodetector 12
Detected in 4. In this way, the rotational angular velocity of the sensing loop unit 110 can be calculated by measuring the interference state of the two lights detected by the photodetector 124.

【0052】図5には、前記光ファイバジャイロ100
の動作原理が概略的に示されている。この光ファイバジ
ャイロ100は、前記したようにセンシングループ部1
10のセンシングループ面110aの回転角速度のみを
検出する。従って、センシングループ面110aに対
し、θ傾斜した方向に回転角速度Ωが生じているとき、
このセンシングループ部110が感知する角速度ωθ
は、 ωθ=Ω・cosθ となる。
FIG. 5 shows the optical fiber gyro 100.
The operating principle of is schematically shown. This optical fiber gyro 100 has the sensing loop unit 1 as described above.
Only the rotational angular velocity of the sensing loop surface 110a of 10 is detected. Therefore, when the rotational angular velocity Ω is generated in the direction inclined by θ with respect to the sensing loop surface 110a,
The angular velocity ωθ sensed by the sensing loop unit 110
Is ωθ = Ω · cosθ.

【0053】なお、実施例の光ファイバジャイロ58お
よびヨーレートセンサ48は、図4に示すように構成さ
れた光ファイバジャイロ100のセンシングループ面1
10aが、地面に対し、垂直となるように取り付け固定
されている。特に、光ファイバジャイロコンパス46で
は、傾斜角センサ60の検出する傾き角が0となったと
きに、光ファイバジャイロ58のセンシングループ面1
12が垂直となるように設定されている。
The optical fiber gyro 58 and the yaw rate sensor 48 of the embodiment are the sensing loop surface 1 of the optical fiber gyro 100 configured as shown in FIG.
10a is attached and fixed so as to be perpendicular to the ground. Particularly, in the optical fiber gyro compass 46, when the tilt angle detected by the tilt angle sensor 60 becomes 0, the sensing loop surface 1 of the optical fiber gyro 58 is detected.
12 is set to be vertical.

【0054】このようにすることにより、前記光ファイ
バジャイロ58およびヨーレートセンサ48を用い、掘
削機10の鉛直軸回り方向への回転角速度を良好に検出
することができる。
By doing so, the angular velocity of rotation of the excavator 10 around the vertical axis can be satisfactorily detected using the optical fiber gyro 58 and the yaw rate sensor 48.

【0055】図6、図7には、前記光ファイバジャイロ
コンパス46による絶対方位測定原理が示されている。
6 and 7 show the principle of absolute azimuth measurement by the optical fiber gyro compass 46.

【0056】まず、図6に示すように、光ファイバジャ
イロ100のセンシングループ面110aを、地面に対
し垂直に設定する。そして、ターンテーブル52を回転
させてセンシングループ面110aを複数方位に向け、
地球の自転角速度を検出する。図7には、このとき光フ
ァイバジャイロ100から出力される検出信号が示され
ている。同図に示すように、センシングループ面110
aが真北または真南に向いたときに、この出力が0とな
る。このようにして、真北または真南方向を絶対方位と
して検出することができる。
First, as shown in FIG. 6, the sensing loop surface 110a of the optical fiber gyro 100 is set perpendicular to the ground. Then, the turntable 52 is rotated to direct the sensing loop surface 110a in a plurality of directions,
Detects the rotation angular velocity of the earth. FIG. 7 shows the detection signal output from the optical fiber gyro 100 at this time. As shown in the figure, the sensing loop surface 110
This output becomes 0 when a is directed to true north or true south. In this way, the true north or true south direction can be detected as the absolute azimuth.

【0057】実施例の光ファイバジャイロコンパス46
は、このような原理を利用して、ターンテーブル52を
回転させながら、真北方向を絶対方位として検出し、こ
の真北方向を基に現在掘削機10の向いている方向を基
準方位として検出するように構成されている。
Optical fiber gyro compass 46 of the embodiment
Using such a principle, the true north direction is detected as the absolute direction while rotating the turntable 52, and the direction in which the excavator 10 is currently facing is detected as the reference direction based on the true north direction. Is configured to.

【0058】図3には、実施例のローリング測定システ
ムの回路構成が示されている。
FIG. 3 shows a circuit configuration of the rolling measurement system of the embodiment.

【0059】実施例のセンサパッケージ20は、耐水圧
容器として形成されており、溝内に安定液が充填されて
いる場合でも、内部に液が浸入しないように構成されて
いる。
The sensor package 20 of the embodiment is formed as a water pressure resistant container, and is configured so that the liquid does not enter inside even if the groove is filled with the stabilizing liquid.

【0060】そして、センサパッケージ20は、I/O
インターフェース62、防水コネクタ64を介して外部
のデータレコーダ36、コンピュータ38などに接続さ
れるように構成されている。
The sensor package 20 has an I / O
It is configured to be connected to an external data recorder 36, a computer 38, etc. via an interface 62 and a waterproof connector 64.

【0061】実施例において、前記コンピュータ38
は、コンパス制御部70およびローリング演算手段72
として機能するように構成されている。
In an embodiment, the computer 38
Is a compass control unit 70 and rolling calculation means 72.
Is configured to function as.

【0062】前記コンパス制御部70は、ケーブル40
を介してセンサパッケージ20内部のモータアクチュエ
ータ66、68に向け制御信号を出力し、各パルスモー
タ50、56を制御するように構成されている。
The compass control unit 70 includes a cable 40
A control signal is output to the motor actuators 66 and 68 inside the sensor package 20 via the to control the pulse motors 50 and 56.

【0063】前記ローリング演算手段72は、データレ
コーダ36を介して入力されるヨーレートセンサ48、
光ファイバジャイロ50の検出信号に基づき、掘削機1
0のローリング状態、すなわち掘削機10の鉛直軸回り
のねじれ角を検出するように構成されている。
The rolling calculation means 72 is a yaw rate sensor 48 input via the data recorder 36.
Based on the detection signal of the optical fiber gyro 50, the excavator 1
The rolling state of 0, that is, the twist angle around the vertical axis of the excavator 10 is detected.

【0064】具体的には、このローリング演算手段72
は、前記光ファイバジャイロ50の検出信号に基づき掘
削機10の絶対方位を演算する絶対方位演算手段、前記
ヨーレートセンサ48の検出信号に基づき掘削機10の
相対方位を演算する相対方位演算手段、および前記絶対
方位および相対方位に基づき掘削機10の鉛直軸回りの
ねじれ角を演算するねじれ角演算手段として機能するよ
うに構成されている。図8には、実施例のローリング測
定システムの動作フローチャートが示されている。
Specifically, this rolling calculation means 72
Is an absolute azimuth calculation means for calculating the absolute azimuth of the excavator 10 based on the detection signal of the optical fiber gyro 50, a relative azimuth calculation means for calculating the relative azimuth of the excavator 10 based on the detection signal of the yaw rate sensor 48, and It is configured to function as a twist angle calculating means for calculating a twist angle around the vertical axis of the excavator 10 based on the absolute direction and the relative direction. FIG. 8 shows an operation flowchart of the rolling measurement system of the embodiment.

【0065】まず、掘削機10が停止した状態におい
て、コンピュータ38のコンパス制御部70から回転計
測ケーブル40を介して光ジャイロセンサパッケージ2
0内の光ファイバジャイロコンパス46に対し制御指令
を出力し、掘削機10の絶対方位測定を行う(ステップ
S1)。
First, when the excavator 10 is stopped, the optical gyro sensor package 2 is transferred from the compass controller 70 of the computer 38 via the rotation measurement cable 40.
A control command is output to the optical fiber gyro compass 46 within 0 to measure the absolute direction of the excavator 10 (step S1).

【0066】具体的には、コンパス制御部70からの制
御指令に基づき、モータアクチュエータ68が鉛直用パ
ルスモータ56を駆動し、光ファイバジャイロ58のセ
ンシングループ面を垂直に制御する。コンパス制御部7
0は、傾斜角センサ60の出力を監視しており、光ファ
イバジャイロ50のセンシングループ面が垂直になった
とき垂直用パルスモータ50の回転を停止させる。
Specifically, based on a control command from the compass controller 70, the motor actuator 68 drives the vertical pulse motor 56 to vertically control the sensing loop surface of the optical fiber gyro 58. Compass control unit 7
0 monitors the output of the tilt angle sensor 60 and stops the rotation of the vertical pulse motor 50 when the sensing loop surface of the optical fiber gyro 50 becomes vertical.

【0067】このようにして、光ファイバジャイロ58
のセンシングループ面を垂直に保った状態で、次にコン
パス制御部70は、モータアクチュエータ66へ向け制
御指令を出力し、回転用パルスモータ50を一定の間隔
で不連続に回転駆動させる。実施例においては、ターン
テーブル52が36度間隔で一方向に不連続に回転駆動
され、36度回転する毎に、回転が停止制御される。
In this way, the optical fiber gyro 58
The compass control unit 70 then outputs a control command to the motor actuator 66 in a state where the sensing loop surface of No. 2 is kept vertical, and drives the rotation pulse motor 50 to discontinuously rotate at regular intervals. In the embodiment, the turntable 52 is rotationally driven discontinuously in one direction at intervals of 36 degrees, and the rotation of the turntable 52 is stopped every 36 degrees.

【0068】このようにして、一周(360度)につい
て測定された光ファイバジャイロ50の検出信号は、デ
ータレコーダ36を介しローリング演算手段72へ入力
され、このローリング演算手段72は、入力された検出
信号に基づき真北方向を検出する。
In this way, the detection signal of the optical fiber gyro 50 measured for one round (360 degrees) is input to the rolling calculation means 72 via the data recorder 36, and the rolling calculation means 72 receives the input detection. The true north direction is detected based on the signal.

【0069】すなわち、光ファイバジャイロ50のセン
シングループ面が真北を向いている場合には、地球の自
転方向とこのセンシングループ面とが直角に交わるた
め、図5に示すθは90度となり、前記図7に示す角速
度も0となる。このため、ローリング演算手段72は、
光ファイバジャイロ50から入力される検出信号が
『0』となる方向を演算で求めることにより、真北方向
を検出することができる。
That is, when the sensing loop surface of the optical fiber gyro 50 faces the true north, the rotation direction of the earth and this sensing loop surface intersect at a right angle, so θ shown in FIG. 5 becomes 90 degrees, The angular velocity shown in FIG. 7 is also zero. Therefore, the rolling calculation means 72 is
The true north direction can be detected by calculating the direction in which the detection signal input from the optical fiber gyro 50 becomes “0”.

【0070】このように、真北の方向がわかれば、掘削
機10の現時点のねじれ状態が正確にわかるため、ロー
リング演算手段72は、真北方向からの現在のねじれ位
置を表す回転角θ0 を基準方位として求める。
In this way, if the true north direction is known, the current twisting state of the excavator 10 can be accurately known. Therefore, the rolling operation means 72 causes the rotation angle θ 0 representing the current twist position from the true north direction. Is obtained as a reference azimuth.

【0071】このようにして、基準方位の測定が終了す
ると、次に掘削機10による実際の掘削作業が開始され
る(ステップS2)。
When the measurement of the reference azimuth is completed in this way, the actual excavation work by the excavator 10 is then started (step S2).

【0072】この掘削機10による掘削作業と平行し
て、ローリング演算手段72は、ヨーレートセンサ48
から出力される検出信号に基づき、掘削機10の相対方
位の測定を行う(ステップS3)。
In parallel with the excavation work by the excavator 10, the rolling calculation means 72 is operated by the yaw rate sensor 48.
The relative azimuth of the excavator 10 is measured based on the detection signal output from (step S3).

【0073】すなわち、ヨーレートセンサ48を構成す
る光ファイバジャイロのセンシングループ面が、掘削機
10を懸架するワイヤと垂直となるように、ヨーレート
センサ48が設置されているため、掘削機10が掘削作
業中にこのワイヤ回りに回転すると、このときヨーレー
トセンサ48からはその回転角速度を表す検出信号が出
力される。ローリング演算手段72は、このようにして
入力される検出信号に基づき、前記基準方位に対するね
じれ角θ1 を演算する。具体的には、ヨーレートセンサ
48から出力される回転角速度を積分することにより、
相対方位を表すねじれ角θ1 を演算することができる。
That is, since the yaw rate sensor 48 is installed so that the sensing loop surface of the optical fiber gyro that constitutes the yaw rate sensor 48 is perpendicular to the wire that suspends the excavator 10, the excavator 10 excavates. When the wire rotates around this wire, the yaw rate sensor 48 outputs a detection signal representing the rotational angular velocity at this time. The rolling calculation means 72 calculates the twist angle θ 1 with respect to the reference azimuth based on the detection signal thus input. Specifically, by integrating the rotational angular velocity output from the yaw rate sensor 48,
The twist angle θ 1 representing the relative azimuth can be calculated.

【0074】そして、ローリング演算手段72は、この
ようにして求めた基準方位θ0 と、相対方位θ1 とを加
減算することにより、真北方向を基準とした掘削機10
の鉛直軸回り(掘削機10を懸架するワイヤ回り)のね
じれ角θを演算する(ステップS4)。
Then, the rolling calculation means 72 adds and subtracts the reference azimuth θ 0 and the relative azimuth θ 1 obtained in this way, and the excavator 10 with the true north direction as a reference.
The twist angle θ around the vertical axis (around the wire that suspends the excavator 10) is calculated (step S4).

【0075】こうして求められたねじれ角θは、ローリ
ング演算手段72から掘削機制御盤14に送られて制御
に反映され、所定の姿勢制御が自動的に行われる(ステ
ップS5)。なお、この演算結果はコンピュータ38に
接続されたディスプレイ74上に表示するだけでもよ
く、この場合は、この表示を見た作業員などが掘削機操
作盤14を操作し、掘削機10の掘削状態を制御する。
The twist angle θ thus obtained is sent from the rolling calculation means 72 to the excavator control panel 14 and reflected in the control, and a predetermined attitude control is automatically performed (step S5). The calculation result may be displayed only on the display 74 connected to the computer 38. In this case, a worker or the like who sees this display operates the excavator operation panel 14 to check the excavation state of the excavator 10. To control.

【0076】このようにして掘削動作と並行してねじれ
角の演算が行われる。掘削を継続する場合には(ステッ
プS6)、ステップS2〜S5の処理が繰り返される。
In this way, the twist angle is calculated in parallel with the excavation operation. When excavation is continued (step S6), the processes of steps S2 to S5 are repeated.

【0077】また、一連の掘削が終了し(ステップS
6)、次の溝の掘削の準備をしている場合には、この準
備時間を利用し、次の掘削用にステップS1の絶対方位
測定を行えばよい。
Further, a series of excavation is completed (step S
6) When preparing for excavation of the next groove, this preparation time may be used to perform the absolute azimuth measurement in step S1 for the next excavation.

【0078】このように、本実施例の光ジャイロセンサ
パッケージ20を用いたローリング測定装置によれば、
掘削機10が停止しているときに光ファイバジャイロコ
ンパス46によって掘削機10の絶対方位を測定すると
ともに、この掘削機10を用いた掘削作業中はヨーレー
トセンサ48によって掘削機10の回転角速度を測定し
ており、これらの絶対方位および回転角速度に基づいて
パソコン38によって現時点における掘削機10のねじ
れ角を演算している。
As described above, according to the rolling measuring device using the optical gyro sensor package 20 of this embodiment,
The absolute azimuth of the excavator 10 is measured by the optical fiber gyro compass 46 while the excavator 10 is stopped, and the rotational angular velocity of the excavator 10 is measured by the yaw rate sensor 48 during excavation work using the excavator 10. The personal computer 38 calculates the twist angle of the excavator 10 at the present time based on the absolute azimuth and the rotational angular velocity.

【0079】したがって、掘削機10の掘削作業中にも
常に掘削機10のねじれ状態(ローリング状態)を連続
的にリアルタイムで監視することができ、しかもローリ
ング状態を監視するために従来のように掘削作業を中断
する必要がないため、作業効率を低下させることもな
い。
Therefore, even during the excavation work of the excavator 10, the twisting state (rolling state) of the excavator 10 can be continuously monitored in real time, and the excavation as in the conventional case is performed to monitor the rolling state. Since it is not necessary to interrupt work, work efficiency is not reduced.

【0080】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0081】例えば、上述した光ジャイロセンサパッケ
ージ20は、光ファイバジャイロコンパス46とヨーレ
ートセンサ48を別々に備えるようにしたが、ヨーレー
トセンサ48の動作を光ファイバジャイロコンパス46
に行わせてヨーレートセンサ48を省略するようにして
もよい。すなわち、掘削作業を停止しているときは光フ
ァイバジャイロコンパス46のみが使用され、掘削作業
中はヨーレートセンサ48のみが使用されている。しか
も、ヨーレートセンサ48は実質的には光ファイバジャ
イロコンパス46内の光ファイバジャイロ58と同じ構
成を有している。このため、ヨーレートセンサ48の動
作を光ファイバジャイロコンパス46に行わせることが
できる。
For example, the optical gyro sensor package 20 described above is provided with the optical fiber gyro compass 46 and the yaw rate sensor 48 separately, but the operation of the yaw rate sensor 48 is performed by the optical fiber gyro compass 46.
Alternatively, the yaw rate sensor 48 may be omitted. That is, only the optical fiber gyro compass 46 is used when the excavation work is stopped, and only the yaw rate sensor 48 is used during the excavation work. Moreover, the yaw rate sensor 48 has substantially the same configuration as the optical fiber gyro 58 in the optical fiber gyro compass 46. Therefore, the operation of the yaw rate sensor 48 can be performed by the optical fiber gyro compass 46.

【0082】また、上述した実施例では、大深度連続地
中壁の掘削を行う掘削機10のローリング状態を監視す
る場合を例にとり説明したが、本発明は他の種類の溝孔
を掘削する掘削機のローリング状態を監視する場合にも
適用することができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the case of monitoring the rolling state of the excavator 10 for excavating the deep underground wall is explained as an example, but the present invention excavates other kinds of slots. It can also be applied when monitoring the rolling condition of an excavator.

【0083】例えば、場所打ち杭工法に使用される掘削
機に本実施例の光ジャイロセンサパッケージ20を取付
ける場合や、竪型掘削シールド工法に使用される掘削機
に本実施例の光ジャイロセンサパッケージ20を取り付
ける場合等が考えられる。いずれの場合も、溝孔を掘削
する掘削機のローリング状態を作業を中断することなく
連続的に測定することができる。
For example, when the optical gyro sensor package 20 of this embodiment is attached to an excavator used in the cast-in-place pile method, or in the excavator used in the vertical excavation shield method, the optical gyro sensor package of this embodiment is used. A case where 20 is attached may be considered. In any case, the rolling state of the excavator for excavating the slot can be continuously measured without interrupting the work.

【0084】[0084]

【発明の効果】上述したように本発明によれば、被測定
物が停止しているときに光ファイバジャイロコンパスに
よって検出する絶対方位と、被測定物が動いているとき
に第1の光ファイバジャイロによって検出する回転角速
度とに基づいて被測定物のねじれ角を演算することがで
き、これにより、被測定物の動作中にも、そのローリン
グを連続的に監視することができるという効果がある。
特に、本発明によれば、他の作業効率の低下をまねくこ
となくローリング状態の測定を行うことができる。
As described above, according to the present invention, the absolute azimuth detected by the optical fiber gyrocompass when the object to be measured is stopped and the first optical fiber when the object to be measured is moving. The twist angle of the object to be measured can be calculated based on the rotational angular velocity detected by the gyro, which has the effect that the rolling of the object can be continuously monitored even during operation. .
In particular, according to the present invention, it is possible to measure the rolling state without lowering other work efficiency.

【0085】[0085]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を適用した一実施例の掘削システムの全
体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an excavation system according to an embodiment to which the present invention is applied.

【図2】光ジャイロセンサパッケージの詳細な構成を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of an optical gyro sensor package.

【図3】実施例のシステムの回路構成を示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the system of the embodiment.

【図4】干渉型の光ファイバジャイロの構成の一例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a configuration of an interference-type optical fiber gyro.

【図5】実施例の光ファイバジャイロの角速度検出原理
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of angular velocity detection of the optical fiber gyro of the embodiment.

【図6】光ファイバジャイロの絶対方位検出原理の説明
図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a principle of detecting an absolute direction of an optical fiber gyro.

【図7】図6に示すセンシングループ部から出力される
検出信号の説明図である。
7 is an explanatory diagram of a detection signal output from the sensing loop unit shown in FIG.

【図8】実施例の装置のローリング測定動作を示すフロ
ーチャート図である。
FIG. 8 is a flowchart showing a rolling measurement operation of the apparatus of the embodiment.

【図9】削作動した中の削作機の姿勢を表す説明図であ
り、同図(A)はその正面図,同図(B)はその側面
図,同図(C)はその平面図である。
9A and 9B are explanatory views showing a posture of a cutting machine during a cutting operation, in which FIG. 9A is a front view thereof, FIG. 9B is a side view thereof, and FIG. Is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 掘削機 20 光ジャイロセンサパッケージ 36 データレコーダ 38 コンピュータ 44 基台 46 光ファイバジャイロコンパス 50 回転用パルスモータ 52 ターンテーブル 54 固定台 56 垂直用パルスモータ 58 光ファイバジャイロ 60 傾斜角センサ 70 コンパス制御手段 72 ローリング演算手段 10 excavator 20 optical gyro sensor package 36 data recorder 38 computer 44 base 46 optical fiber gyro compass 50 rotation pulse motor 52 turntable 54 fixed base 56 vertical pulse motor 58 optical fiber gyro 60 tilt angle sensor 70 compass control means 72 Rolling calculation means

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物の鉛直軸回りの絶対方位を検出
する光ファイバジャイロコンパスと、 前記被測定物の回転角速度を検出する第1の光ファイバ
ジャイロと、 前記被測定物の鉛直軸回りのねじれ角を演算するローリ
ング演算手段と、 を備え、 前記光ファイバジャイロコンパスは、 被測定物の回転角速度を検出する第2の光ファイバジャ
イロと、 前記第2の光ファイバジャイロを回転させるターンテー
ブルと、 を有し、 前記ローリング演算手段は、 前記ターンテーブルを回転させたときに得られる前記第
2の光ファイバジャイロの出力に基づいて、被測定物に
対する絶対方位の演算を行う絶対方位演算手段と、 前記第1の光ファイバジャイロの検出する回転角速度に
基づき、被測定物の相対方位を検出する相対方位演算手
段と、 前記絶対方位及び相対方位に基づき、被測定物の鉛直軸
回りのねじれ角を演算するねじれ角演算手段と、 を含み、被測定物のローリングを測定することを特徴と
するローリング測定装置。
1. An optical fiber gyro compass for detecting an absolute azimuth around a vertical axis of an object to be measured, a first optical fiber gyro for detecting a rotational angular velocity of the object to be measured, and a vertical axis around the vertical axis of the object to be measured. Rolling arithmetic means for computing the twist angle of the optical fiber gyro compass, wherein the optical fiber gyro compass includes: a second optical fiber gyro for detecting a rotational angular velocity of an object to be measured; and a turntable for rotating the second optical fiber gyro. Wherein the rolling calculation means calculates the absolute azimuth with respect to the object to be measured based on the output of the second optical fiber gyro obtained when the turntable is rotated. And a relative azimuth calculation means for detecting a relative azimuth of the object to be measured based on the rotational angular velocity detected by the first optical fiber gyro, Based on the pair orientation and relative azimuth, anda twist angle calculating means for calculating a twist angle of the vertical axis of the object, a rolling measuring apparatus characterized by measuring the rolling of the object to be measured.
【請求項2】 請求項1において、 前記第1及び第2の光ファイバジャイロは、 光ファイバをループ状に形成したセンシングループ部を
有し、このセンシングループ部の回転角速度を検出する
よう形成され、 前記ターンテーブルは、 第2の光ファイバジャイロのセンシングループ面を地面
に対してほぼ垂直に保ちながら回転させるよう形成され
たことを特徴とするローリング測定装置。
2. The first and second optical fiber gyros according to claim 1, wherein the first and second optical fiber gyros have a sensing loop portion in which an optical fiber is formed in a loop shape, and are formed so as to detect a rotational angular velocity of the sensing loop portion. The rolling measuring device is characterized in that the turntable is formed to rotate while keeping the sensing loop surface of the second optical fiber gyro substantially perpendicular to the ground.
【請求項3】 請求項1〜2のいずれかにおいて、 前記第1及び第2の光ファイバジャイロは、 同一の光ファイバジャイロとして形成されたことを特徴
とするローリング測定装置。
3. The rolling measuring device according to claim 1, wherein the first and second optical fiber gyros are formed as the same optical fiber gyro.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記絶対方位演算手段は、 前記被測定物に対する真北または真南からの角度を絶対
方位として検出し、この絶対方位に対する被測定物の向
きを基準方位として演算するよう形成され、 前記相対方位演算手段は、 前記基準方位からの回転角を、被測定物の相対方位とし
て演算するよう形成されたことを特徴とするローリング
測定装置。
4. The absolute azimuth calculation means according to claim 1, wherein the absolute azimuth calculation means detects an angle from true north or true south with respect to the object to be measured as an absolute azimuth, and the object to be measured with respect to the absolute azimuth. The rolling measurement device is formed so as to calculate an orientation as a reference azimuth, and the relative azimuth calculation unit is formed to calculate a rotation angle from the reference azimuth as a relative azimuth of the object to be measured.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかにおいて、 前記絶対方位演算手段は、 前記被測定物の動きを停止させた状態で前記ターンテー
ブルを回転させたときに得られる前記第2の光ファイバ
ジャイロの出力に基づいて、被測定物に対する絶対方位
の演算を行うことを特徴とするローリング測定装置。
5. The absolute azimuth calculation means according to claim 1, wherein the absolute azimuth calculation means obtains the second light obtained when the turntable is rotated while the movement of the object to be measured is stopped. A rolling measuring device, which calculates an absolute azimuth with respect to an object to be measured based on the output of a fiber gyro.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第1の光ファイ
バジャイロは、 連続地中壁掘削用の掘削機に設置されており、前記掘削
機のねじれ角を測定することを特徴とするローリング測
定装置。
6. The excavator according to claim 1, wherein the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro are installed in an excavator for continuous underground wall excavation, and the twist of the excavator is used. A rolling measuring device characterized by measuring an angle.
【請求項7】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第1の光ファイ
バジャイロは、 場所打ち杭工法などに用いられる地中掘削機に設置され
ており、前記地中掘削機のねじれ角を測定することを特
徴とするローリング測定装置。
7. The optical fiber gyro compass according to claim 1, wherein the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro are installed in an underground excavator used in a cast-in-place pile construction method or the like, and A rolling measuring device characterized by measuring the torsion angle of a medium excavator.
【請求項8】 請求項1〜5のいずれかにおいて、 前記光ファイバジャイロコンパスと前記第1の光ファイ
バジャイロは、 竪型掘削シールド工法に用いられる掘削機に設置されて
おり、前記掘削機のねじれ角を測定することを特徴とす
るローリング測定装置。
8. The excavator according to claim 1, wherein the optical fiber gyro compass and the first optical fiber gyro are installed in an excavator used in a vertical excavation shield method. A rolling measuring device characterized by measuring a twist angle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108106834A (en) * 2017-12-29 2018-06-01 徐州徐工挖掘机械有限公司 Hydraulic crawler excavator turnability test device and test method

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